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芯片制造关键技术“印刷术”产能吃紧,半导体业史上最严峻的产
[版面:电子工程][首篇作者:PBSNPR] , 2018年06月22日10:31:21 ,519次阅读,0次回复
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发信人: PBSNPR (大刀王五), 信区: EE
标  题: 芯片制造关键技术“印刷术”产能吃紧,半导体业史上最严峻的产能短缺已来袭!
发信站: BBS 未名空间站 (Fri Jun 22 10:31:21 2018, 美东)

芯片制造关键技术“印刷术”产能吃紧,半导体业史上最严峻的产能短缺已来袭!


全球半导体供应链弥漫一股“万物皆缺”气氛,这一波比特币、人工智能带动的高端芯
片热潮,迫使台积电、三星对外释出高端 28/16/14/10 纳米的光掩模订单,加上国内
有接近 30 座的新晶圆厂在建,近几个月连光掩模都罕见传出缺货声浪,再加上先前大
硅片的缺货状况至今无解,全球半导体业史上最严峻的缺货潮已然来袭!

中国在这一波集成电路产业政策和发展基金的带动下,高端晶圆代工、成熟工艺技术、
3D NAND 技术、 DRAM 技术陆续落地,这样的大规模崛起,已经在全球半导体产业掀
起巨浪,更让整个供应链陷入极度吃紧。






从半导体 12 寸大硅片缺货时程将拉长至 5 年之久,连带使得 8 寸硅片也供货吃紧,
半导体设备交期延长,且部分关键设备供货不足,现在连高端的光掩模也罕见传出供应
吃紧,连台积电、三星都启动委外释单。

光掩模进入 7 纳米制程,成本是 28 纳米十倍,为芯片公司高筑竞争门槛
光掩模是半导体制程中,非常关键的一环。光掩模一般也称光罩,是半导体、液晶显示
器在制造过程中,转移电路图形“底片”的高精密工具。

IC 制造的第一个步骤就是把光掩模上的电路图转移到晶圆上,它的过程和传统相片的
制造过程非常类似。

光掩模是将电脑所设计的半导体设计回路图,通过光刻制版工艺,将半导体客户需要的
微米和纳米级的精细图案制成掩模版,是电路图写在半导体晶圆之前,最先被呈现的半
导体零件,这原理就好像是利用底片洗出数千张的照片,透过光掩模,也能在众多的晶
圆上写出半导体回路。

光掩模的准确度和细致度,直接攸关半导体芯片的品质,且光掩模版不象是标准化的量
产晶圆,一次生产几百、几千片都是长得一样的晶圆。因为一套光掩模可能只有 30 片
,但每一片的图案都不一样,每一片都是定制化的,因此,很多人会说,光掩模是半导
体技术判定的重要关键。






由于光掩模在半导体制造的角色上如此关键,随着半导体工艺从 28 纳米、14/16 纳米
再到 7 纳米,光掩模的成本大幅上涨,这攸关一家芯片设计公司有无开发一颗 7 纳米
高端工艺芯片的能力。

以 28 纳米工艺节点为例,芯片设计公司要开一套 28 纳米的光掩模,成本约 100 万
美元,但进展到 7 纳米工艺技术,成本大幅垫高到将近 1,000 万美元。单是光掩模的
成本就如此高,试想,有多少芯片公司有能力转进 7 纳米工艺节点,这演变成 7 纳米
大战,不单考验芯片公司的技术,资本竞争的门槛也很难跨越!

中国也有国产的光掩模供应商,但多数停留在八寸晶圆和低端工艺技术,因为光掩模产
业的设备机台投资和晶圆厂一样,是十分庞大的,在高端技术上,多是由外商主导。

全球三大光掩模供应商齐聚中国抢占半导体崛起浪潮,日本凸板抢先出招
受惠半导体产业政策和资金涌入,全球三大光掩模供应商都摩拳擦掌将中国半导体崛起
视为巨大商机,日本凸版印刷 Toppan 抢先出招,6 月 22 日将齐聚产业上、下游,在
上海举行中国首届的“2018 凸版光掩模技术论坛”。






全球光掩模产业生态分为半导体厂附属的光掩模部门,以及独立型光掩模供应商两大类
,两者比重约 65% 和 35%,象是半导体大厂英特尔、台积电、三星、中芯国际内部都
有附属的光掩模部门,而独立型的光掩模供应商主要来自于美日两国,全球三大供应商
分别为日本凸板 Toppan 、大日本印刷 DNP 、美国 Photronics Inc。

其他还有一些中小型光罩厂如日本豪雅 Hoya、日本 SK-Electronics 等,中国也有自
己的光掩模厂,如无锡中微掩膜、深圳清溢光电、台湾光罩,以及中国科学院微电子中
心等。

今年以来人工智能芯片、比特币挖矿芯片带动高端半导体工艺需求,高端光掩模已传出
产能不足声浪,台积电今年也开始增加光掩模的资本支出。

同时,三星和台积电也同步启动委外释单的策略,主要以高端工艺为主,包括 28 纳米
、16 纳米、14 纳米、10 纳米工艺技术,陆续找寻独立型的光掩模供应商支持。

英特尔、台积电、三星陆续转进 10 纳米、7 纳米工艺技术,这些高端技术对于曝光率
的要求大幅提升,需要用到二重曝光和三重曝光技术。不单是曝光时间拉长,精准度更
是提升,即使这些大厂增加机台设备,仍是无法满足高端工艺对于光掩模技术需求的大
幅增加,因此陆续启动委外释单。






业界传出,美国光掩模大厂 Photronics 接获台积电的光掩模委外释单,与台积电签下
两年的供应长约。日本凸板 Toppan 受惠于三星的高端光掩模产能吃紧,因此调整自制
和外购的光掩模的比重,扩大外购比例,因此日本凸板 Toppan 也接获三星的扩大委外
释单。

根据国际半导体协会 SEMI 统计,2017 年全球光掩模市场以 37.5 亿美元创下历史新
高,预计 2019 年将超越 40 亿美元大关。而全球最大的光掩模市场是台湾地区,其次
是韩国,而中国大陆在全球光掩模市场的份额现约个位数,市场预期在 2020 年有机会
挑战 20% 份额。

目前国内有自制光掩模技术能力的半导体大厂并不多,中芯国际算是少数之一,但传出
在 14 纳米工艺以下,基于曝光技术需求量扩大、时间拉长、精准度更高等考虑,也开
始与独立型的光掩模供应商合作。

国内也有不少的光掩模供应商,像是无锡中微掩膜、深圳清溢光电、无锡华润微电子等
,但多半以 0.18 纳米以上工艺技术为主,高端工艺仍是掌握在美日大厂手上。

百年企业日本凸板,计划将 28 纳米、14 纳米高端光掩模技术转至上海厂
美日光掩模大厂为了插旗国内半导体商机,也开始将部分高端技术移至国内生产,因此
国内的光掩模技术已经从 90 纳米、65 纳米、 40 纳米逐渐朝 28 纳米和 14 纳米升
级。

日本凸板 Toppan 将 于 6 月 22 日举行中国首届的技术论坛,以“中国芯,凸版情”
为主题,举行“2018 凸版光掩模技术论坛”,强势插旗中国半导体的企图心强烈。

日本凸版印刷 Toppan 成立于 1900 年,是一家百年企业,以印刷技术起家,在 1961
年跨入光掩模解决方案市场,开启半导体产业的布局。






日本凸版印刷 Toppan 已经计划将高端的光掩模生产线在国内生产。目前凸版印刷在上
海的生产线以 90 纳米的光掩模技术为主,今年将导入 65 纳米工艺技术,同时启动
28 和 14 纳米光掩模技术的生产线,这会是中国当地光掩模技术的最先进制程。

日本凸版印刷 Toppan 在全球有多个生产据点,包括日本 Asaka 进行 7 纳米技术的开
发,以及德国 Dresden 、台湾地区等,同时,根据公司也根据技术蓝图的前进,今年
将投入 5 纳米高端工艺技术的开发。

此外,日本凸版印刷 Toppan 也和 GlobalFoundries 在德国 Dresden 成立先进光掩模
技术中心,此为一合资公司 (Advanced Mask Technology Center;AMTC)。

由于这一波中国半导体大规模崛起,积极插旗卡位的还有大日本印刷 DNP 和美商
Photronics 去年宣布在厦门合资成立美日丰创光罩,引进 40/28 纳米制程,计划五年
内投资 1.6 亿美元,主要客户是晶圆代工大厂厦门联芯,日前联芯也正式引进 28 纳
米制程工艺。

国内近 30 座新晶圆厂陆续启动,考验全球半导体原物料供应
这一波无论是光掩模或是大硅片缺货,背后都是反应半导体三强英特尔、台积电、三星
近几年来拼命盖新厂并转进高端技术,牢牢卡住半导体供应链主要的原物料供应。

再者,是中国未来几年有接近 30 座晶圆厂落成,像是地产业恒大、碧桂园,或是家电
业格力都投身半导体行业,突然涌至的大规模需求,会是半导体供应链的巨大商机。

业界认为,这一波的新晶圆厂热潮中,真正有机会进入量产的以中芯国际、华虹半导体
、华力微电子等主流的晶圆代工厂,以及紫光旗下的长江存储、福建晋华、合肥睿力等
存储器供应商为主,尤其不少新进的半导体厂,为了确保未来大硅片供货无虑,都提出
加价 30% 来确保大硅片货源。

然而一些新盖的晶圆厂如果没有关键技术、核心原物料的支持,攸关未来这些新建的晶
圆厂是否有能力进入实质量产,如果盖好的晶圆厂无法进入量产,未来会有一波大量的
无效产能问题涌现。而以目前半导体产业供应链几乎呈现“万物皆缺”的状况,显然将
会对于整体国内半导体产业的发展带来更大的考验。不只是晶圆厂,包括芯片产业的流
片生产也可能会因为光掩模缺货问题而受到影响。






但不可讳言的是,以目前国内到处都在盖晶圆厂的状况来看,这一次的半导体供应链破
天荒大缺货,却也是一个来的早不如来得巧的提醒,毕竟,以半导体产业完整健全发展
的角度来看,盖厂、发展技术、寻求人才、开拓业务都是重点,但在供应链管理,对于
半导体厂商而言,更是重中之重,在当前半导体产业供应链原料与器件设备供货紧俏的
情势中,不可讳言,能控制货源、拿到货源的,就是赢家,也因此,对于新加入市场的
国内半导体厂商而言,这或许正是一个磨练提升自身供应链管理能力的最好机会。

在四面八方的资金涌入下,中国半导体已经成了全民运动,但仍是要回归理性看待,盖
晶圆厂是发展半导体最容易的一环,然未来技术、机台设备、原物料、关键器件是否真
的能充足掌握,才是真正关键所在,这些都需要时间检验,海水退潮之后,就知道谁在
裸泳。
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